厄瓜多尔索普拉多水电站导流洞施工期收敛变形监测施工技术

2013-07-12黄传庚

四川水力发电 2013年2期

黄传庚

(葛洲坝集团第二工程有限公司，四川成都 610091)

1 工程概况

厄瓜多尔索普拉多拉水电站导流洞全长1321.247 m，隧洞开挖断面型式为马蹄形，最大断面尺寸为7.75 m×10.1 m，最小断面尺寸为7.6 m×9.9 m，坡度分别为18%和2%。根据地质图纸可知，岩石等级主要为II～IV 类，局部为I、V 类。

2 导流洞施工监测

由于导流洞面临的地质力学环境复杂，在隧洞开挖前，不同洞段的地质条件、岩体结构、风化程度和地应力特征不易掌握，力学参数难以确定，施工临时支护措施的合理性也难以判定。因此，加强施工期监测，注重信息反馈分析工作非常重要。

2.1 监测方案的设计原则

隧洞新奥法施工强调对开挖后围岩变形的适时监测。围岩变形有绝对位移与相对位移之分，绝对位移是指隧洞围岩或隧洞顶底板及侧端某一部位的实际位移值，其量测方法是在距实测点较远的地方设置一基点，然后定期用全站仪自基点向实测点量测，根据前后两次观测所得的标高及方位变化确定隧洞围岩的绝对位移量。但是，绝对位移量测需要花费较长的时间并受现场施工条件的限制，除非必需，一般不进行量测。

岩体表面变形是隧洞开挖后其应力形态变化的直观反映，对于地下工程的稳定能提供较可靠的信息，也比较容易施测，因此，在进行隧洞施工期现场变形监测时，需要多量测相对位移值，以确定围岩内空收敛变形。做为判断围岩动态的主要量测项目之一，这项量测原理简单、操作方便，若能在各个项目量测中找出内空收敛位移变形与其他量测项目之间的规律性时，还可省掉一些其它项目的量测。

本工程施工期监测方案的设计遵循新奥法的基本原则。施工期现场监测实施的主要目的在于掌握围岩和支护的动态信息并及时反馈、指导施工作业;了解支护结构的作用和效果;确保工程施工安全和经济性;将监测的成果反馈于设计与施工过程中。

综上所述，将导流洞工程施工期监测方案设计应遵循的原则可归纳为:监测项目选址应针对具体的地形及地质条件和监测目标，体现其针对性;监测数据的采集应按施工程序紧跟掌子面，体现其及时性;监测信息的反馈分析应配合施工临时支护的力学分析，体现其对施工监测的指导作用。

2.2 施工期的监测布置

按照上述设计原则及对施工监测条件的分析，导流洞工程的监测主要是对围岩进行收敛变形监测。导流洞采用全站仪配反光标牌监测，每隔10 m 布置一个收敛监测断面，每个监测断面设置4个测点，共需布置约520个收敛测点(图1、2)。

当地质条件、施工方法确定后，隧洞围岩的变形位移主要受空间和时间两种因素影响;“空间效应”是掌子面的约束作用产生的影响;“时间效应”是指在掌子面约束作用解除后，收敛位移随时间延长而增大的现象。这两种效应是围岩稳定的重要标志，可以用来判别围岩稳定情况、支护时机，推算位移速率和最终位移值。

图1 隧洞收敛监测示意图

图2 反光标牌

根据经验分析，一般情况下，当开挖掌子面距观测断面1.5～2倍洞径后，“空间效应”的影响基本消除。因此，初始观测断面应尽可能靠近开挖掌子面，距离不宜大于1 m。观测断面间距宜大于2倍洞径，观测断面测线的数量和方向应根据围岩的变形条件和隧洞的形状与大小确定。

图3 收敛测点布置示意图

测点布置优先考虑拱顶、拱座和边墙的要求，导流洞施工期安全监测过程中的隧洞收敛监测断面测点布置情况见图3。

3 收敛观测及成果分析

收敛观测频率根据观测断面的设定时间、围岩的变形速率、距离掌子面的距离等因素确定，一般新设观测断面的测量频率为1次/d，距离掌子面4倍洞径时或测值趋于稳定时为1次/3 d，遇到特殊情况时可增加测次。

在导流洞收敛观测过程中，根据每个断面每天的收敛情况进行汇总统计(表1);根据监测断面的地质条件、施工方法和支护内容的不同，导流洞洞壁收敛变形过程曲线可以归纳为逐渐衰减型、直线发展型和发散型三类。隧洞开挖后围岩变形分类情况见图4。

图4 开挖后隧洞围岩变形分类示意图

(1)衰减型。由于围岩开挖的空间效应和时间效应，随着时间的增加和测点离掌子面的距离越来越远，一般情况下围岩的变形速率越来越小，并以指数衰减的形式变化，直至最终趋于零。这种曲线表明围岩是趋于稳定的。如图5所示的K1+300(IV 类)断面，持续监测一周，围岩收敛速率小于0.1 mm/d，可以判定围岩变形已经收敛。